Visualisierung von Weltraumschrott

Unser Orbit wird immer voller, ob alte Satelliten oder ausgebrannte Raketenstufen, viel Raumfahrttechnik bleibt zurück. Das könnte mittel- und langfristig zu einem großen Problem werden, denn je mehr Schrott im Orbit fliegt, desto größer die Gefahr von Kollisionen. Ziel dieses Projektes sollte es sein, das Thema „Weltraumschrott“ für viele Menschen mithilfe einer Visualisierung verständlicher und besser zugänglich zu machen. Das birgt einige Herausforderungen. Neben der schwer vorstellbaren Anzahl an Weltraumschrott sind auch die gewaltigen Größenunterschiede eine Herausforderung bei der Visualisierung.

Design-Idee

Zielgruppe

Ziel war es, eine möglichst breite Zielgruppe anzusprechen. Die Visualisierung sollte dabei insbesondere die Zielgruppe „Laien“ ansprechen, um ihnen die Gefahren und Risiken von Weltraumschrott zu verdeutlichen. Um dieses Ziel zu erreichen, war es wichtig, dass alle Informationen auf der Seite ohne Vorkenntnisse im Bereich Raumfahrt verstanden werden können. Grundsätzlich sollte mit vielen visuellen Mitteln gearbeitet werden, um das Problem für den Benutzer zu verbildlichen und gleichzeitig ein interessanteres Produkt zu gestalten, welches die Nutzerzeit erhöhen soll.

Grundidee

Um die Website von Anfang an so interessant und gleichzeitig Informativ wie möglich zu gestalten, war es wichtig, einen gelungenen Header zu gestalten. Hier kam bereits zu Beginn des Projekts und recht intuitiv die Idee einer Art Karte auf. Eine Karte schafft grundsätzlich immer eine gewisse Übersicht und kann auf einen Blick schnell viele Zusammenhänge intuitiv vermitteln. Damit konnte nun ein roter Faden durch den Aufbau der Website gezogen werden, um eine aufeinander aufbauende Geschichte zu erzählen. Nachdem man mithilfe der Karte einen ersten Überblick über die Menge des Weltraumschrott bekommen hat, wird dem Besucher anhand einer aktuellen Statistik und einer Datengrafik über den Anstieg von Weltraumschrott die Ausgangslage erklärt. Im „Hauptteil“ wird ein Blick auf die konkreten Probleme geworfen und auch ein einzelner Fall einer Kollision visualisiert. Am Ende wird auf eine mögliche Lösung eingegangen.

Gestalterische Umsetzung

Damit Thema und Inhalte auch gestalterisch zusammenpassen, war die Wahl der richtigen Schriften und Farben entscheidend. Beim Thema Weltraum fällt die Wahl der primären Farbe schnell auf Schwarz. Dabei soll mit schwarzem Hintergrund und leuchtend weißer Schrift im Vordergrund eine Art Sternenhimmel gestalterisch angedeutet werden, mit der die Webseite bereits beim Öffnen in einen entsprechenden Kontext gesetzt wird. Zudem wird das Design-Schema der Karte des Weltraumschrotts am Anfang der Website weiter fortgeführt. Um wichtige Stellen hervorheben zu können, wird die Farbpalette, bestehend aus Schwarz und Weiß, durch ein dunkles Blau aufgebrochen. Neben den blau gestalteten Objekten zieht sich das Blau auch durch die auf der Website platzierten Bilder, die aufgrund der Erdatmosphäre ebenfalls in einem entsprechenden Blauton gefärbt werden. Damit das Blau weiter als Highlight-Farbe funktioniert, muss bewusst entschieden werden, wo entsprechende Bilder eingefügt werden sollen.
Neben der Farbe spielt auch die Schriftart eine entscheidende Rolle bei einem gestalteten Produkt. Um das technische Thema in der Schriftart widerzuspiegeln und eine gute Lesbarkeit auf Displays zu erreichen, wurde eine sans serife Schrift verwendet. Eine gute Lesbarkeit ist besonders für die Fließtexte extrem wichtig. Daher fiel die Wahl auf die Schriftart Roboto. Zunächst waren auch Überschriften in dieser Schriftart gehalten, allerdings war diese hierfür zu schlicht. Es brauchte eine Schriftart mit ein wenig mehr Charakter. Daher viel die Entscheidung auf die Schriftart IBM Plex Sans Condensed.
Die Strichstärken müssen sich für ein einheitliches Aussehen zwangsläufig an dem Aussehen der Weltraumschrott-Karte ausrichten. Da hier die Punkte sehr fein sind, sollte dies auch bei den Strichstärken der üblichen Linien der Fall sein. Diese sind auf der gesamten Seite sehr dünn gehalten. Um diese Idee in der Überschrift aufzugreifen, ist der erste Teil in einem sehr dünnen Schnitt gehalten. Das hat außerdem den Vorteil, dass die Überschriften nicht die Grafik überstrahlen.

Umsetzung

Hauptaugenmerk in der Umsetzung lag zunächst auf der Weltraumschrott-Karte. Diese baut auf realen Daten der ESA auf. Aus Praktikabilitätsgründen werden in der Karte „lediglich“ Objekte von einer Größe von mindestens 10 Zentimeter angezeigt. Neben der besseren Datenlage wäre es unmöglich gewesen, 130 Millionen Objekte in einer interaktiven Ansicht anzuzeigen. Das hätte nur mit einer drastischen Reduzierung der Objekte funktioniert, was wiederum schnell ein falsch zu interpretierendes Bild bedeutet hätte. Alternativ hätte die Karte statisch gestaltet werden müssen. Da aber Interaktion eine Kernfunktion der Zielplattform darstellt, kam dieser Lösungsansatz ebenso wenig in Frage.
Eine weitere Herausforderung war die Positionierung der einzelnen Weltraumschrottteile. Es gibt keine genauen Positionsdaten jedes einzelnen Teils. Daher musste mit Wahrscheinlichkeiten gearbeitet werden. Der Schrott wird zufällig in seinem jeweiligen Orbit angeordnet. Dies mindert die Aussagekraft der Grafik nicht, da trotzdem zu erkennen bleibt, wie voll unsere Erdorbits bereits sind. Des Weiteren mussten Überlegungen angestellt werden, wie einzelne Teile im Erdorbit dargestellt werden sollen. Um so viele Objekte wie möglich abzubilden, ohne große Leistungsprobleme zu bekommen, konnten keine detaillierten Abbildungen verwendet werden. Es stellte sich heraus, dass sehr kleine Kugeln, lediglich fünf bis sechs Flächen benötigen, um als solche wahrgenommen zu werden. Das bedeutete eine erhebliche Reduzierung der Rechenleistung.

Um zu verhindern, dass die Website nach dem Header zu statisch wirkt, wurden einige Animationen eingebaut, die der Nutzer mittels Scrollens auslöst.

Um die Folgen einer Kollision zu verdeutlichen, muss neben dem eigentlichen Geschehen auch die zeitliche Ebene verdeutlicht werden. Auch diese Grafik ist interaktiv angelegt. Hierfür spielt die Frage der Nutzereingaben eine maßgebliche Rolle. Wichtig ist das intuitive Verständnis, dass Nutzereingabe und Abbildung miteinander zusammenhängen. Da der Zeitstrahl eine gesellschaftlich allgemein verständliche Darstellung für die Zeit ist, wurde diese Form der Darstellung für die Nutzereingabe gewählt. Um die Zeitabstände auf einen Blick sichtbar zu machen, wurden die Buttons proportional richtig angeordnet. Eine zweite Herausforderung war die Gestaltung der einzelnen Grafiken. Hierbei sollte die Balance zwischen einem professionell gestalteten Erscheinungsbild bei gleichzeitiger Erhaltung einer annähernd wissenschaftlichen Darstellung gewahrt werden.

Verwendete Tools

Die Weltraumschrott-Karte und Datengrafik wurden mithilfe von three.js und chart.js implementiert.

Referenzen

Zu ESAs Space Environment Report 2022

NASAs Bericht über den Zusammenstoß von Iridium 33 and Cosmos 2251

Bericht der Aeonautical Unversity "The History of Space Debris"

Öffentliche Datenbank der ESA für die meisten im Orbit befindlichen Objekte

Datenbank über getrakte Objekte am Himmel